Mataix cap. 19

18. Turbomáquinas hidráulicas: Generalidades

18.1.

DEFINICIÓN DE MAQUINA HIDRÁULICA

Una máquina es un transformador de energía. Una máquina absorbe energía de una clase y restituye energía de otra clase (un motor eléctrico, por ejemplo, absorbe energía eléctrica y restituye energía mecánica) o de la misma clase pero transformada (una grúa o un torno, por ejemplo, absorben y restituyenenergía mecánica). Las máquinas se clasifican en grupos: máquinas de fluido, máquinas -herramientas, máquinas eléctricas, etc. Las máquinas hidráulicas pertenecen a un grupo muy importante de máquinas que se llaman máquinas de fluido. Aunque rara es la máquina en que no intervienen uno o varios fluidos como refrigerantes, lubricantes, etc.; eso solo no es suficiente para incluir dicha máquina en elgrupo de máquinas de fluido. Máquinas de fluido son aquellas máquinas en que el fluido, o bien proporciona la energía que absorbe la máquina (por ejemplo, el agua que se suministra a una turbina posee una energía preferentemente de presión, proveniente de la energía geodésica que poseía en el embalse y que a su vez la turbina transforma en energía mecánica) o bien aquellas en que el fluido es elreceptor de energía, al que la máquina restituye la energía mecánica absorbida. En toda máquina de fluido hay un intercambio entre energía de fluido y energía mecánica (por ejemplo, el agua sale de una bomba con más presión que la que tenía a la entrada de la misma, porque la bomba ha restituido al agua la energía absorbida en el eje). Las máquinas de fluido revisten infinidad de formas yencuentran un sin fin de aplicaciones en la técnica. Basta ver que dentro de este grupo se hallan comprendidas máquinas tan diversas como la diminuta fresa neumática de un dentista, que gira a 500.000 rpm, y la gigantesca turbina de vapor de 1.200 MW; o como la bomba de membrana para combustible de un automóvil y un cohete de combustible líquido. Las máquinas de fluido se clasifican en máquinas hidráulicasy máquinas térmicas. Etimológicamente máquina hidráulica es una máquina de fluido en que el fluido es agua y no obstante la turbina de vapor funciona con agua y no
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MECÁNICA DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRÁULICAS

es una máquina hidráulica, sino una máquina térmica. Por el contrario. a pesar de que un ventilador no bombea agua, sino aire, el ventilador es una máquina hidráulica. Lasbombas que bombean líquidos distintos del agua (gasolina, ácidos, etc.) también son máquinas hidráulicas. Aunque el líquido bombeado esté caliente la máquina no es una máquina térmica, sino que seguirá siendo hidráulica. Aunque el nombre de máquina hidráulica, según lo dicho, no sea apropiado, la clasificación misma de las máquinas de fluido en máquinas hidráulicas y térmicas es rigurosa ycientífica. Máquina hidráulica es aquella en que el fluido que intercambia su energía no varia sensiblemente de densidad en su paso a través de la máquina, por lo cual en el diseño y estudio de la misma se hace la hipótesis de que p = cte. Máquina térmica es aquella en que el fluido en su paso a través de la máquina varía sensiblemente de densidad y volumen especifico, el cual en el diseño y estudio de lamáquina ya no puede suponerse constante. La compresibilidad e incompresibilidad del fluido que se traduce en la variación o invariancia de la densidad o volumen específico es fundamental en el diseño de una máquina. Todo cuerpo sólido, líquido o gas es compresible (véase Sea 2.3). Sin embargo, el diseño de una bomba, por ejemplo, se hace suponiendo que el líquido bombeado es incompresible o dedensidad constante: la bomba es, pues, una máquina hidráulica. El diseño de un turborreactor, por el contrario, no puede hacerse sin tener en cuenta la variación del volumen específico del aire a través de la máquina : el turborreactor, pues, es una máquina térmica. En un compresor el fluido es un gas y un gas es muy compresible. y, por tanto, su volumen específico varía grandemente. Sin embargo,...